Diferenças

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c:unioes [2023/08/15 14:57] – mazieroc:unioes [2023/08/15 14:57] (atual) – maziero
Linha 1: Linha 1:
 +====== Uniões ======
 +
 +{{ progc_unions.mkv |Video desta aula}}
 +
 +Uma **união** (''union'') é um tipo especial de estrutura (''struct'') no qual todos os campos internos são sobrepostos e ocupam a mesma posição na memória. Com isso, uma mesma posição na memória pode ser "vista" de diversas formas, conforme o campo da união que for acessado.
 +
 +A figura a seguir ilustra a diferença entre ''struct'' e ''union'':
 +
 +{{ union-struct.png |Union vs. Struct}}
 +
 +Uniões são uma forma eficiente de armazenar valores de diferentes tipos em uma mesma posição de memória. Obviamente, somente um valor pode ser armazenado a cada instante. A quantidade de memória ocupada por uma união corresponde ao tamanho de seu **maior campo**.
 +
 +No exemplo abaixo, uma união permite "enxergar" os bytes individuais de um inteiro sem necessidade de operações de bits ou aritmética de ponteiros:
 + 
 +<code c union.c>
 +#include <stdio.h>
 +
 +// guarda um inteiro OU um vetor de 4 bytes
 +typedef union
 +{
 +  int value ;
 +  unsigned char byte[sizeof(int)] ;
 +} intParts ;
 +
 +int main ()
 +{
 +  intParts a ;
 +  int i ;
 +
 +  a.value = 653459 ;
 +
 +  printf ("%d: ", a.value) ;
 +  
 +  for (i = 0; i < sizeof (int); i++)
 +    printf ("%02x ", a.byte[i]) ;
 +  printf ("\n") ;
 +}
 +</code>
 +
 +Os campos ''a.value'' e ''a.byte[]'' estão alocados da seguinte forma na memória:
 +
 +^  //addr//  ^  //addr//+1  ^  //addr//+2  ^  //addr//+3  ^
 +|  ''a.value'' (4 bytes)  ||||
 +|  ''a.byte[0]''  |  ''a.byte[1]''  |  ''a.byte[2]''  |  ''a.byte[3]''  |
 +
 +Uniões podem ser usadas para armazenar valores de diversos tipos em uma única locação de memória. Por exemplo, a união a seguir pode ser usada para armazenar números de diversos tipos:
 +
 +<code c>
 +typedef union
 +{
 +  short  shortVal ;
 +  int    intVal ;
 +  long   longVal ;
 +  float  floatVal ;
 +  double doubleVal ;
 +} numeric_t ;
 +</code>
 +
 +Entretanto, como saber qual o tipo do último valor armazenado, ou seja, qual o valor corrente?
 +
 +<note warning>
 +Se armazenarmos um ''int'' e tentarmos ler um ''float'' teremos um valor errado, pois os valores são lidos byte a byte diretamente da área de memória da união, sem conversões.
 +</note>
 +
 +<code c union-error.c>
 +#include <stdio.h>
 +
 +typedef union
 +{
 +  short  shortVal ;
 +  int    intVal ;
 +  long   longVal ;
 +  float  floatVal ;
 +  double doubleVal ;
 +} numeric_t ;
 +
 +int main ()
 +{
 +  numeric_t a ;
 +
 +  a.shortVal = 741 ;
 +  printf ("short : %d\n", a.shortVal) ;
 +  printf ("float : %f\n\n", a.floatVal) ;
 +
 +  a.floatVal = 327.5432 ;
 +  printf ("float : %f\n", a.floatVal) ;
 +  printf ("short : %d\n\n", a.shortVal) ;
 +
 +  a.doubleVal = 327.5432 ;
 +  printf ("double: %lf\n", a.doubleVal) ;
 +  printf ("float : %f\n", a.floatVal) ;
 +  printf ("short : %d\n", a.shortVal) ;
 +  return 0 ;
 +}
 +</code>
 +
 +Para resolver esse problema pode ser usada uma estrutura contendo a união e uma variável que indique o tipo do último valor armazenado:
 +
 +<code c union-type.c>
 +#include <stdio.h>
 +
 +typedef struct
 +{
 +  union // ATTENTION: "anonymous" union
 +  {
 +    short  shortVal ;
 +    int    intVal ;
 +    long   longVal ;
 +    float  floatVal ;
 +    double doubleVal ;
 +  } ;
 +  enum { SHORT, INT, LONG, FLOAT, DOUBLE } type ;
 +} numeric_t ;
 +
 +// imprime tipo numérico
 +void print_num (numeric_t n)
 +{
 +  switch (n.type)
 +  {
 +    case SHORT  : printf ("%d", n.shortVal)   ; break ;
 +    case INT    : printf ("%d", n.intVal)     ; break ;
 +    case LONG   : printf ("%ld", n.longVal)   ; break ;
 +    case FLOAT  : printf ("%f", n.floatVal)   ; break ;
 +    case DOUBLE : printf ("%lf", n.doubleVal) ; break ;
 +    default     : printf ("NaN") ;
 +  }
 +}
 +
 +int main ()
 +{
 +  numeric_t a ;
 +
 +  a.shortVal = 119 ;
 +  a.type = SHORT ;
 +  print_num (a) ;
 +  printf ("\n") ;
 +
 +  a.longVal = 3451212796756 ;
 +  a.type = LONG ;
 +  print_num (a) ;
 +  printf ("\n") ;
 +
 +  a.doubleVal = 3.141592653589793 ;
 +  a.type = DOUBLE ;
 +  print_num (a) ;
 +  printf ("\n") ;
 +}
 +</code>
 +
 +<note tip>
 +O exemplo acima traz um exemplo de **união anônima**, ou seja, sem nome. Nesse caso, os membros da união são considerados como membros da estrutura externa que contém a união. Estruturas também podem ser anônimas.
 +</note>
 +
 +A linguagem C respeita a ordem de declaração dos campos de uma estrutura, ou seja, eles são colocados na memória na mesma ordem em que são declarados.
 +
 +Isso permite outro exemplo interessante do uso de uma união, no qual as moedas podem ser acessadas com nomes individuais ou como elementos de um vetor:
 +
 +<code c>
 +typedef union {
 +  struct
 +  {
 +    int quarter;
 +    int dime;
 +    int nickel;
 +    int penny;
 +  };
 +  int coins[4];
 +} Coins_t ;
 +
 +Coins_t a ;
 +
 +a.dime = 34 ;         // são operações equivalentes
 +a.coins[1] = 34 ;
 +</code>
 +
 +Outro exemplo interessante é a definição de números reais segundo o padrão [[https://pt.wikipedia.org/wiki/IEEE_754|IEEE 754]]. Ele permite acessar o valor real ou suas partes (mantissa, expoente e sinal) separadamente:
 +
 +<code c>
 +// extraído (e simplificado) de /usr/include/x86_64-linux-gnu/ieee754.h
 +
 +union ieee754_float
 +{
 +  float f;
 +
 +  /* This is the IEEE 754 single-precision format.  */
 +  struct
 +  {
 +    #if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
 +    unsigned int negative:1;
 +    unsigned int exponent:8;
 +    unsigned int mantissa:23;
 +    #endif                          /* Big endian.  */
 +    #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
 +    unsigned int mantissa:23;
 +    unsigned int exponent:8;
 +    unsigned int negative:1;
 +    #endif                          /* Little endian.  */
 +  } ieee;
 +};
 +</code>
 +
 +===== Exercícios =====
 +
 +  - Utilizando uma única variável ''union'', crie uma função que receba um inteiro e calcule seu quadrado, em seguida, receba um caractere e, caso maiúsculo, imprima minúsculo, caso minúsculo, imprima maiúsculo, e por último, receba uma string de no máximo 8 caracteres e imprima seu inverso.
 +  - Variáveis de 32 bits do tipo ''int'' podem representar valores entre −2,147,483,647 e +2,147,483,647, enquanto variáveis de 32 bits do tipo ''unsigned int'' podem representar valores entre 0 e +4,294,967,295. Crie um programa que receba um valor negativo do tipo ''int'' e mostre qual o valor resultante da conversão para o tipo ''unsigned int''.
 +  - Utilizando unions, crie um programa capaz de receber um determinado valor e calcular o módulo de 256 desse valor (dica: utilize ''char[sizeof(int)]'').